趨利避害讓核能為人類造福

侯明東，中國科學(xué)院近代物理研究所研究員，博士生導(dǎo)師，政府特殊津貼享受者；一直從事中子物理及重離子物理的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域研究，曾多次獲得省級(jí)、國家級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)項(xiàng)；現(xiàn)兼任《核技術(shù)》雜志編委。現(xiàn)代社會(huì)離不開電。你可以想象，如果沒有電會(huì)是什么樣子。電是什么？它從哪里來？電是能量的一種形式。根據(jù)能量守恒定律，能量不能產(chǎn)生也不能消滅，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。所以電能可以從熱能、勢能、動(dòng)能、生物能和核能等轉(zhuǎn)化而來。我們可以通過燃燒煤、天然氣和石油等有機(jī)燃料產(chǎn)生熱，借助發(fā)電動(dòng)力裝置獲得電能，即火力發(fā)電。也可以通過風(fēng)力和潮汐把動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能。還可以利用河流水的落差，把勢能變成動(dòng)能再變成電能。

今天有幸約請(qǐng)到侯老師給大家說說核能。核能是蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)部的一種能量。它為人類提供了一種新的能量來源。人們?cè)鯓硬拍芾锰N(yùn)藏在原子核內(nèi)部的能量呢？

質(zhì)量較大的原子核發(fā)生分裂或者質(zhì)量較小的原子核相互結(jié)合，就有可能釋放出驚人的能量，這就是核能。目前，獲取核能有兩種方式，重核裂變和輕核聚變。但實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)需要極高的溫度和極大的壓強(qiáng)，要求的條件十分苛刻，可控的聚變反應(yīng)目前還有許多技術(shù)問題沒有解決，在短期內(nèi)還不可能推廣應(yīng)用。所以，現(xiàn)在發(fā)電所利用的核能都是來自原子核的裂變反應(yīng)。

一、第一座核電站

1954年6月27日，蘇聯(lián)在奧布寧斯克建成世界上第一座試驗(yàn)核電站。雖然功率只有5MW，但它的建造意義非凡，從此開辟了人類和平利用核能的新紀(jì)元。

核電站是利用原子核的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)獲得的能量發(fā)電的。鈾原子核在中子轟擊下分裂成兩個(gè)大小不等的原子核，并釋放出巨大的能量?？少F的是。與此同時(shí)，裂變還會(huì)放出2-3個(gè)中子，這些中子會(huì)進(jìn)一步引起其他鈾核的分裂……依次下去，不斷地產(chǎn)生中子，不斷地產(chǎn)生伴隨有大量能量釋放的核裂變，這稱之為鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)。在反應(yīng)堆中利用控制棒使得平均只有一個(gè)中子會(huì)打擊某個(gè)鈾核，觸發(fā)一次新的裂變，只有持續(xù)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，而沒有倍增過程。核反應(yīng)的速率是嚴(yán)格控制的，所以，能量以不變的速率釋放出來，將水加熱，產(chǎn)生蒸汽。蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生電能的過程與火力發(fā)電廠是類似的。核電站大體上可分為兩部分：一部分是利用核能產(chǎn)生蒸汽的核島，包括核反應(yīng)堆和一回路系統(tǒng)；另一部分是利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島，包括汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

核裂變放出的能量是巨大的，1g鈾完全裂變所釋放的能量約相當(dāng)于燃燒3t煤放出的能顯，而且這么多能量是在短短不到1s的時(shí)間之內(nèi)釋放的。

二、各種能源的優(yōu)缺點(diǎn)比較

目前世界能源結(jié)構(gòu)中仍是以石油、煤炭、天然氣等化石能源為主，核能僅占16%左右。

石油和煤炭直接燃燒排放出大量的酸性氣體。使酸雨量增加，燃燒排放出的二氧化碳，引起“溫室效應(yīng)”。除氣體之外，火力發(fā)電還使附近環(huán)境遭受粉生煤灰污染。而核能發(fā)電不產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳。也不排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，不會(huì)造成空氣污染。在相同功率的情況下。核電站排放到環(huán)境中的有害物質(zhì)比火電廠要少得多。另外，核電站對(duì)周圍居民的輻射影響。也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燃煤電廠和天然輻射。

煤炭的開采過程中時(shí)有礦難發(fā)生，瓦斯爆炸、煤塵爆炸、透水事故、礦井失火、頂板塌方等都會(huì)造成極大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。盡管這些悲劇一般規(guī)模較小，不像核泄漏事故那樣吸引全世界的關(guān)注，但世界上每年至少有幾千人死于礦難。在各種類型能源發(fā)電的比較中，核電發(fā)生的事故次數(shù)及短期致死人數(shù)是最低的。

核燃料能量密度比起化石燃料高幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運(yùn)輸與儲(chǔ)存都很方便。一座106kW的核電站，每年只需要補(bǔ)充30t核燃料。6輛卡車就可以運(yùn)到現(xiàn)場，而同樣規(guī)模的燒煤電廠每年要燒煤3×106t。

核能發(fā)電消耗的原料也是一種不可再生能源，但可供作核燃料的鈾礦資源相當(dāng)豐富，儲(chǔ)量約為4x106t，足可以用到人類找到新的能源之后的很多年。

三、核電站的安全性

核電站的安全性是備受關(guān)注的問題。使用核能發(fā)電要冒核泄漏的危險(xiǎn)，核電廠的反應(yīng)堆中有大量的放射性物質(zhì)。如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會(huì)對(duì)生態(tài)及民眾造成傷害。反應(yīng)堆中的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)會(huì)產(chǎn)生放射性廢料，因具有放射性，故必須慎重處理。高放射性廢物的處理及處置是國際性難題。1986年蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的放射性泄漏事件，使人們對(duì)核能的利用既感到有希望，又帶著幾分恐懼。2011年日本發(fā)生8.9級(jí)大地震并引發(fā)海嘯，導(dǎo)致了日本福島核電站事故，這一核災(zāi)難又一次使核能的安全性成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。世界上有多個(gè)國家的民眾發(fā)出關(guān)閉核電站的呼聲。許多國家重新審視核能的發(fā)展計(jì)劃。人們把核事故比作核武器，70年前廣島、長崎兩顆原子彈的煙云至今依然籠罩在人們的心頭。讓人經(jīng)久不忘放射性的驚人威力。下面我們來談?wù)労穗娬镜陌踩浴?/p>

核能是一把雙刃劍，它可以解決能源危機(jī)，也有能力給人類帶來危害。核電站安全不僅是自身運(yùn)行的安全。還要有抵御外力破壞的能力，如地震、颶風(fēng)、雷電，以及軍事襲擊，這兩者都依賴于技術(shù)上先進(jìn)的設(shè)計(jì)。

核電站反府堆的設(shè)計(jì)始終要把安全放在第一位。經(jīng)濟(jì)利益放在其次。可以說沒有安全性就沒有核能的利用。而這也應(yīng)貫穿核電技術(shù)發(fā)展的始終。

另一方面。應(yīng)大力培植和提高全社會(huì)的安全文化素養(yǎng)。媒體應(yīng)該正確引導(dǎo)，客觀公正地評(píng)價(jià)核電的利與害。我們應(yīng)促進(jìn)核電更好地發(fā)展造福于民，不能因噎廢食。

第一。核電站事故是人員失誤和機(jī)械故障遇到一起的小概率事件。切爾諾貝利核電站那樣的核泄漏事故不會(huì)重演。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，切爾諾貝利核電站在設(shè)計(jì)上存在著固有的缺陷，它采用的是水冷石墨慢化反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆在低功率下呈不穩(wěn)定狀態(tài)。用石墨作為慢化劑可以燃燒。而目前的壓水堆在任何功率下都保持穩(wěn)定，用水作為慢化劑也不會(huì)燃燒。目前的壓水堆有燃料芯塊、燃料包殼、壓力容器和安全殼四道屏障防止放射性物質(zhì)外泄。

第二，核電站不是原子彈，兩者之間有本質(zhì)的區(qū)別。核電站中所用核燃料是低濃縮鈾，而原子彈中用的是高濃縮鈾。反應(yīng)堆中裂變反應(yīng)是可控模式，而原子彈中的裂變反應(yīng)是不可控的。

第三，不要對(duì)輻射過度恐慌。實(shí)際上人類是一直生存在輻射的環(huán)境中，如我們使用的手機(jī)就能產(chǎn)生輻射。與生活中的輻射相比，核電站放出的輻射要低得多。在核電站的設(shè)計(jì)中不允許超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

四、核電是不可或缺的清潔能源

經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，沒能源不行，能源是國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的必要條件。人類的歷史就是一部不斷向自然索取更多能源的歷史。按現(xiàn)在的開采水平估計(jì)，世界上的煤、石油、天然氣資源將在不久的將來逐漸枯竭。尋求和開發(fā)新能源，已是人類迫在眉睫的事。

目前全世界運(yùn)行的核電站有442座機(jī)組。提供的電能占全球發(fā)電總量的16%。立陶宛、法國、斯洛伐克、比利時(shí)等國都是核電占有相當(dāng)高份額的國家。核電是人類和乎利用核能的成功范例，核能在緩解世界能源不足和保護(hù)環(huán)境方面給人類帶來的利益是毋庸置疑的。

一個(gè)技術(shù)的成熟不可能一步就達(dá)到完美的程度，完善和發(fā)展永遠(yuǎn)沒有止境。需要一代又一代人不懈地努力。正是這種不屈不撓的探索精神。推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)步，創(chuàng)造了人類今天的文明。相信核電發(fā)展中的一點(diǎn)挫折，不會(huì)阻擋人類和平利用核能的步伐。蘊(yùn)藏在原子核內(nèi)的能量。終將為人類服務(wù)。